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1、第五章 计算机控制技术,计算机控制技术,5.1 概述 (1)计算机控制系统的组成及特点 在控制系统中根据系统中信号相对于时间的连续性，通常分为连续时间系统和离散时间系统(简称连续系统和离散系统)。 在采用计算机进行信号处理的控制系统中，计算机处理的信号是以数码形式存在的，也称为数字信号，在时间上是离散的。离散控制理论是研究计算机控制系统的理论基础。,计算机控制技术,5.1 概述 (1)计算机控制系统的组成及特点 模拟量是指变量在一定范围连续变化的量也就是在一定范围（定义域）内可以取任意值,(如位移、速度、压力、流量、温度等)。 数字量是分立量不是连续变化量只能取几个分立值,二进制数字变量只能取
2、两个值。,计算机控制技术,5.1 概述 (1)计算机控制系统的组成及特点,计算机控制技术,5.1 概述 计算机控制系统中信号变换与传输的过程、原理,计算机控制技术,(1)采样过程是用采样开关（或采样单元）将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。因采样后得到的离散模拟信号本质上还是模拟信号，未数量化，不能直接送入计算机，故还需经数量化，变成数字信号才能被计算机接受和处理。 (2)量化过程（简称量化）就是用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号，由于计算机的数值信号是有限的，因此用数码来逼近模拟信号是近似的处理方法。信号进入计算机后经其处理经D/A转换后输出。
3、,计算机控制技术,(3)D/A转换器是将数字量转换成模拟量的装置。模拟量输出主要由D/A转换器和输出保持器组成。它们的任务是把微机输出的数字量转换成模拟量。多路模拟量输出通道的结构形式，主要取决于输出保持器的结构形式。保持器一般有数字保持方案和模拟保持方案两种。这就决定了模拟量输出通道的两种基本结构形式。,计算机控制技术,5.1 概述 (1)计算机控制系统的组成及特点 计算机控制系统由硬件和软件两部分组成 硬件组成 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外围设备、过程输入输出设备、人机联系设备和通信设备等组成。 软件组成 软件是各种程序的统称。 1)系统软件 2)应用软件,计算机控制技术,5.1
4、概述 (2)计算机控制系统的类型 操作指导控制系统,计算机控制技术,5.1 概述 操作指导控制系统 如下图所示，在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接用来控制生产对象。,图5-3 计算机操作指导控制系统示意图,计算机控制技术,5.1 概述 (2)计算机控制系统的类型 直接数字控制系统,计算机控制技术,5.1 概述 直接数字控制系统 此类系统中计算机的运算和处理结果直接输出作用于被控对象。直接数字控制DDC（Direct Digital Control）系统是计算机用于工业过程控制最普遍的一种方式。,图5-4 直接数字控制系统的结构,计算机控制技术,5.1 概述 (2)计算机控制系统的类型 监
5、督控制系统,计算机控制技术,5.1 概述 监督控制系统 在监督计算机控制SCC（Supervisory Computer Control）系统中，计算机根据工艺参数和过程参量检测值，并按照所设计的控制算法进行计算，计算出最佳设定值后直接传送给常规模拟调节器或者DDC计算机，最后由模拟调节器或DDC计算机控制生产过程。SCC系统有两种类型，一种是SCC+模拟调节器，另一种是SCC+DDC控制系统。监督计算机控制系统的构成示意图如图5-5所示。 （1）SCC+模拟调节器的控制系统。 （2）SCC+DDC的控制系统。,图5-5监督计算机控制系统的构成示意图 (a）SCC模拟调节器系统；(b）SCCD
6、DC系统 4,计算机控制技术,5.1 概述 (2)计算机控制系统的类型 分布式控制系统（DCS） 分布式控制系统综合了计算机技术、通信技术和控制技术。采用多层分级的结构形式，从上而下分为控制级、控制管理级、生产管理级和经营管理级。,计算机控制技术,5.1 概述 分布式控制系统（DCS） 图5-6是一个四级计算机控制系统。其中，过程控制级为最底层，对生产设备进行直接数字控制；车间管理级负责本车间各设备间的协调管理；工厂管理级负责全厂各车间的生产协调，包括安排生产计划、备品备件等；企业（公司）管理级负责总的协调，安排总生产计划，进行企业(公司)经营方向的决策等。,图5-6 计算机分级控制系统,计算
7、机控制技术,5.1 概述 (2)计算机控制系统的类型 计算机控制技术的发展方向 近年来，计算机技术出现了惊人的飞跃，计算机的性能不断完善，可靠性不断提高，成本不断降低，从而推动了计算机控制系统的发展。,计算机控制技术,5.1 概述 计算机控制系统的组成 将模拟式自动控制系统中的控制器的功能用计算机来实现， 就组成了一个典型的计算机控制系统， 如图所示。,计算机控制技术,5.1 概述 典型的机电一体化控制系统结构可分为硬件和软件两大部分。 硬件是指计算机本身及其外围设备，一般包括中央处理器,内存储器,磁盘驱动器,各种接口电路，以A/D转换和D/A转换为核心的模拟量I/O通道、数字量I/O通道，以及各种显示、记录设备,运行操作台等。,